ÜRÜNLER

İTAKONİK ASİT

İTAKONİK ASİT (ITACONIC ACID)

CAS No. : 97-65-4
EC No. : 202-599-6

Synonyms:
2-Methylidenebutanedioic acid; 2-Methylenesuccinic acid; Methylenesuccinic acid[1]; 1-Propene-2-3-dicarboxylic acid; IA; Itaconic acid; 97-65-4; 2-Methylenesuccinic acid; METHYLENESUCCINIC ACID; Methylenebutanedioic acid; itaconate; Propylenedicarboxylic acid; 2-methylidenebutanedioic acid; Butanedioic acid, methylene-; 2-Propene-1,2-dicarboxylic acid; Succinic acid, methylene-; 2-methylenebutanedioic acid; Poly(itaconic acid); Itaconic acid polymers; Itaconic acid polymer; butanedioic acid, 2-methylene-; Methylenesuccinic acid polymers; Poly(2-methylenesuccinic acid); EINECS 202-599-6; MFCD00004260; 2-Methylene-Succinic Acid; Butanedioic acid, methylene-, homopolymer; CHEMBL359159; CHEBI:30838; NSC3357; Succinic acid, methylene- (8CI); Q4516562YH; Itaconic acid, 99+%; DSSTox_CID_6608; DSSTox_RID_78161; 2-methylenebutanedioate; DSSTox_GSID_26608; 25119-64-6; CAS-97-65-4; Methylenesuccinate; Methylenebutanedioate; ITACONIC ACID; Succinic acid, methylene-, polymers; 2-Methylenesuccinate; Methylensuccinic Acid; Propylenedicarboxylate; ACMC-1CFCS; Itaconic acid, >=99%; bmse000137; Probes1_000076; Probes2_000247; EC 202-599-6; 2-Methylenesuccinic acid #; NCIStruc1_001783; 2-Methylidenebutanedioic acid; 2-Methylenesuccinic acid; Methylenesuccinic acid[1]; 1-Propene-2-3-dicarboxylic acid; IA; Itaconic acid; 97-65-4; 2-Methylenesuccinic acid; METHYLENESUCCINIC ACID; Methylenebutanedioic acid; itaconate; Propylenedicarboxylic acid; 2-methylidenebutanedioic acid; Butanedioic acid, methylene-; 2-Propene-1,2-dicarboxylic acid; Succinic acid, methylene-; 2-methylenebutanedioic acid; Poly(itaconic acid); Itaconic acid polymers; Itaconic acid polymer; butanedioic acid, 2-methylene-; Methylenesuccinic acid polymers; Poly(2-methylenesuccinic acid); 2-methylene-butanedioic acid; NCIOpen2_004822; SCHEMBL21523; 2-Propene-1,2-dicarboxylate; DTXSID2026608; CTK3I6894; Itaconic acid, analytical standard; ZINC895261; LMFA01170063; Propylenedicarboxylic acid 97-65-4; s3095; STL163322; AKOS000118895; 2-Hydroxy-3-Naphthoyl-2-Naphthylamine; Butanedioic acid,ethylidene-,(E)-(9ci); Succinic acid, methylene-, polymers (8CI); 2-METHYLENE,1,4-BUTANEDIOIC ACID (ITACONIC ACID)

İtakonik Asit

İtakonik asit veya metilidenesüksinik asit, organik bir bileşiktir. Bu dikarboksilik asit, suda, etanolde ve asetonda çözünebilen beyaz bir katıdır. Tarihsel olarak itakonik asit, sitrik asidin damıtılmasıyla elde edildi, ancak şu anda fermantasyon yoluyla üretiliyor. İtakonik asit adı, sitrik asidin başka bir türevi olan aconitik asidin bir anagramı olarak tasarlandı.

Üretim
1960'lardan beri, Aspergillus İtakonikus veya Aspergillus terreus gibi mantarlar kullanılarak glikoz veya melas gibi karbonhidratların fermantasyonu ile endüstriyel olarak üretilmektedir.
A. terreus için itaconate yolu çoğunlukla aydınlatılmıştır. İtaconate için genel olarak kabul edilen yol, glikoliz, trikarboksilik asit döngüsü ve cis-akonitat dekarboksilaz yoluyla itakonata cis-akonitat dekarboksilasyonudur.

İsli mantar Ustilago maydis alternatif bir yol kullanır. Cis-akonitat, akonitat-Δ-izomeraz (Adi1) yoluyla termodinamik olarak tercih edilen trans-akonitat'a dönüştürülür. trans-Akonitat, ayrıca trans-akonitat-dekarboksilaz (Tadl) ile itaconate dekarboksilatlanır.
İtakonik asit ayrıca makrofaj soyunun hücrelerinde de üretilir. İtaconate'in, in vitro enzim izositrat liyazının kovalent bir inhibitörü olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, itakonat, izositrat liyaz eksprese eden bakterilere (Salmonella enterica ve Mycobacterium tuberculosis gibi) karşı antibakteriyel aktivitelere sahip olabilir.
Bununla birlikte, makrofaj soyunun hücreleri, itakonat yapmak için "bedel ödemek" zorundadır ve mitokondriyal substrat seviyesinde fosforilasyon gerçekleştirme yeteneğini kaybederler.

Laboratuvar sentezi
Sitrik asidin kuru damıtılması, itakonik aside hidrolize giren itakonik anhidriti verir.

Tepkiler
Isıtmanın ardından, itakonik anhidrit, sitrakonik asit (2-metilmaleik asit) halinde hidrolize edilebilen sitrakonik asit anhidrüre izomerize olur.
Sitrik asidin itakonik ve akonitik asitler yoluyla sitrakonik aside dönüştürülme aşamaları.
Raney nikeli üzerinde itakonik asidin kısmi hidrojenasyonu, 2-metilsüksinik asit verir.
İtakonik asit, kağıt ve mimari kaplama endüstrisindeki uygulamalarla birlikte, öncelikle akrilonitril bütadien stiren ve akrilat latekslerin üretiminde bir ko-monomer olarak kullanılır.

İtakonik asitin Özellikleri ve Uygulaması
İtakonik asit, higroskopik bir özelliğe ve belirli bir kokuya sahip beyaz kristal bir tozdur. Erime noktası 167–168 ° C ve kaynama noktası 268 ° C'dir. Su çözünürlüğü 83,1 g l-1'dir ve saf suda bir İtakonik asit çözeltisi (80 mg l-1) 2.0 pH'a sahiptir. İtaonik asidin yoğunluğu 1.63'tür (20 ° C). İtaonik asidin pKa değerleri, onun iki ayrışma aşaması, 3.84 ve 5.55'tir (25 ° C). Denge sabitleri K1 = 1,4 × 10−4 ve K2 = 3,6 × 10−6 (25 ° C) şeklindedir.

İtakonik asit esas olarak plastik ve boya endüstrisinde kullanılmaktadır. Doymamış bir dikarbonik asittir ve polimerlere kolaylıkla dahil edilebilir ve polimerlerde bir komonomer olarak% 1-5 (ağırlık / ağırlık) konsantrasyonunda kullanılabilir. İtakonik asidin polimerize edilmiş metil, etil veya vinil esterleri plastik, yapıştırıcı, elastomer ve kaplama olarak kullanılır. İtakonik asit içeren Stiren bütadien kopolimerleri, mükemmel mukavemet ve esnekliğe sahip kauçuk benzeri reçineler ve iyi elektrik yalıtımı ile su geçirmez kaplamalar sağlar. Diğer kullanım alanları sentetik lifler, kafesler, deterjanlar ve temizleyicilerdir. Öte yandan, kısmen ikame edilmiş itakonik asidin birkaç mono- ve diesteri, anti-enflamatuar veya analjezik aktivitelere sahiptir ve itakonik asit farmasötik alanlarının kullanımı için özel bir yeni pazar açılmıştır. Asitleştirici olarak az miktarda itakonik asit kullanılır.

İtakonik asit (2-metilen süksinik asit, 1-propen-2–3-dikarboksilik asit), 1837'de sitrik asidin termal ayrışma ürünü olarak keşfedilen doymamış, zayıf bir dikarboksilik asittir (pKa = 3.83 ve 5.41). Metilen grubunun konjuge çift bağının varlığı, hem ilave hem de yoğunlaşma yoluyla polimerizasyona izin verir. İki karboksilik grubun farklı ko-monomerler ile esterleştirilmesi de mümkündür (Kuenz ve diğerleri, 2012). Bu çeşitli özellikler, farmasötik, mimari, kağıt, boya ve plastik, reçineler, boyalar, sentetik elyaflar, plastikleştiriciler ve deterjanlar gibi tıbbi endüstrilerde çeşitli uygulamalara yol açmıştır. Son zamanlarda, itakonik asit uygulamaları dental, oftalmik ve ilaç dağıtım alanlarına girmiştir (Hajian ve Yusoff, 2015). İtakonik asit polimerleri, milyarlarca dolarlık bir pazara sahip olan petrol bazlı poliakrilik asidin yerini bile alabilir (Saha ve diğerleri, 2019). Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, ABD Enerji Bakanlığı, itakonik asidi 2004 yılında biyo-temelli ekonomi için en umut verici 12 yapı taşı kimyasallarından biri olarak atadı (Werpy ve Petersen, 2004).

Mantarların neden itakonat ürettikleri hakkında çok az şey bilinmektedir. Yukarıda ana hatlarıyla belirtildiği gibi diğer organik asitler gibi, itakonik asit de çevrenin asitleştiricisi olarak işlev görebilir ve böylece aside toleranslı A. terreus için diğer mikroorganizmalara göre seçici avantaj sağlayabilir. Bununla birlikte, itakonik asit ayrıca açık inhibe edici özelliklere sahiptir: memelilerin makrofajlarında bakteriyel enfeksiyon, bir cis-akonitat dekarboksilazı kodlayan bir genin indüksiyonuna yol açar ve bu da, bağışıklık yanıtının bir parçası olarak bakteriyel metabolizmayı inhibe eden itakonik asit oluşumuyla sonuçlanır. Etki, süksinat dehidrojenaz ve izositrat liyazın (McFadden ve diğerleri, 1971) inhibisyonuna atfedilmiştir; ikincisi, bir konakçı içindeki patojenlerin hayatta kalması için gerekli olan glioksilat döngüsünün anahtar bir enzimidir. Buna karşılık, bu bakterilerin birkaç suşu, itakonatı parçalayabilecek şekilde evrimleşmiştir (Sasikaran ve diğerleri, 2014). İtakonik asit ayrıca oksidatif ve ksenobiyotik streslere karşı koruma ve iltihabı hafifletmek için gerekli olan bir transkripsiyon faktörünü de indükler (Kobayashi ve diğerleri, 2013; Bambouskova ve diğerleri, 2018). Onu üreten mantarlarda benzer bir itaconate fonksiyonunun var olup olmadığı henüz araştırılmamıştır.

İtaonik asidin biyosentetik yolu sitrik asidinkine benzer, son asit, ilkinin doğrudan bir öncüsüdür. Tek fark, A. terreus'taki sitrik asidin, cis-akonitat dekarboksilaz tarafından itakonata daha fazla metabolize edilmesidir (Bonnarme ve diğerleri, 1995). Bu amaçla cis-akonitat, oksaloasetat karşılığında belirli bir antiporter tarafından mitokondriden taşınır (Li ve diğerleri, 2011a, b). Cis-akonitat dekarboksilasyonu üzerine oluşan itakonik asit, nihayet belirli bir hücre zarı taşıyıcısı tarafından miselden salgılanır. Bu üç enzimi kodlayan genler ve bir transkripsiyon faktörünü kodlayan dördüncüsü, A. terreus genomundaki “itaconate gen kümesini” oluştururken, küme A. niger'de özellikle yoktur. Birkaç itakonat üreticisi test edilmiş olmasına rağmen, bitki patojenik Basidiomycete Ustilago maydis (mısır isli mantarı) - ve özellikle düşük pH-stabil akrabası Ustilago cynodontis (Hosseinpour Tehrani ve diğerleri, 2019b) - mantıklı bir tek başka bir endüstriyel platform organizması olma şansı (Hosseinpour Tehrani et al., 2019a). Ustilago, cis-akonitat, aconitat-delta-izomeraz tarafından termodinamik olarak tercih edilen trans-akonitat'a dönüştürüldüğü için, itaconatı sentezlemek için alternatif bir biyokimyasal yol geliştirmiştir. Daha sonra trans-akonitat, trans-akonitat-dekarboksilaz ile itakonata dekarboksilatlanır.

Fermantasyon Prosesleriyle İtakonik asit Üretimi
İtakonik asit, büyük ölçüde sitrik aside benzer bir süreçte toplu fermantasyonda üretilir. Karbon kaynağı, kolaylıkla metabolize edilebilir bir formda (glikoz şurubu, melas ve ham nişasta hidrolizatları) olmalı ve yaklaşık% 10 wt'ye seyreltilmelidir. Büyüme kısıtlaması için fosfat sınırlaması gereklidir. Bazı eser metaller de sınırlı miktarlarda olmalıdır ve bu genellikle ortamın heksasiyanoferratl ile işlenmesi veya bakır ilavesiyle elde edilir. PH 2.8 ile 3.2 arasında tutulur. Daha düşük pH değerleri, yan ürünlerin oluşumunu kolaylaştırır. Teorik verimin% 50-60'ı 8-10 günde elde edilir [5].

Uzun yıllar boyunca, itakonik asit üretimi için neredeyse hiç araştırma ilgisi yok gibi görünüyor ve işlem başlangıcından bu yana değişmeden kaldı. Durum bugün farklı. İtakonik asit, ABD Enerji Bakanlığı (DOE) tarafından endüstriyel biyoteknoloji tarafından üretilecek en yüksek potansiyele sahip 12 yapı taşından biri olarak listelenmiştir [11]. Mevcut düşük üretimi, kullanımlarını sınırlıyor. Metabolik mühendislik stratejileri, verim iyileştirmeye yönelik bir yaklaşım olarak, itakonik asit biyosentezinin genetiğinin yetersiz bilgisiyle sınırlandırıldıkları için A. terreus ile henüz uygulanmamıştır. Ancak yakın zamanda, üç gen - A. terreus tarafından itakonik asit üretiminde çok önemlidir - Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek (TNO), Hollanda [15] araştırmacıları tarafından tanımlandı. Biyosentezin genetiğine ilişkin yeni bilginin yanı sıra, yeni fermantasyon teknolojilerinin geliştirilmesi ve daha sofistike biyoproses kontrolü, itakonik asit üretiminin iyileştirilmesine olan ilginin yenilenmesine yol açmıştır. Hareketsizleştirilmiş kültürleri kullanan yeni toplu beslemeli stratejiler ve sürekli süreçler geliştirilmekte ve araştırılmaktadır.

İtakonik asit, endüstride plastiklerde, yapıştırıcılarda ve kaplamalarda kullanılan polimerlerin öncüsü olarak kullanılan bir dikarboksilik asittir. İtakonik asitten türetilmiş polimerlerin yeni kullanımları aktif araştırma altındadır. 2001 yılı itakonik asit üretimi 15.000 ton olarak belirtildi. Endüstrinin petrolden türetilmiş kimyasalların ikame maddelerini aramasıyla bu kimyasala yeniden ilgi duyulmaktadır. Üretilen hemen hemen tüm itakonik asit, belirli A. terreus suşları tarafından fermantasyon yoluyla elde edilir. İtakonik asit üretimi, Krebs döngüsünün bir başka sapkınlığıdır, sitrat normalde olduğu gibi cis-akonitat'a dönüştürülür, bu bilinmeyen nedenlerden dolayı bazı organizmalarda, hücrede bilinen metabolik rolü olmayan itakonitat içine dekarboksilatlanır.

Farklı Aspergillus suşlarının ve daha genel olarak mantarların, metabolik yolları, yararlı kimyasalların aşırı üretimine ve salgılanmasına yönlendirebileceği gerçeği, bu organizmaların şeker ve etanol üretimi gibi işlemlerin kalıntıları üzerinde büyüyebilmesi gerçeğiyle birleştiğinde, mühendislik olasılığını açar. 'yeşil', düşük kirletici, atık ortadan kaldıran prosedürler aracılığıyla yüksek değerli kimyasallar üretme yolları.

Üretim İtakonik asit
İtakonik asit, bir di-karbonik doymamış asit örneğidir. Bu asitler, reçineler, boyalar, plastikler ve sentetik lifler (akrilik plastik, süper emiciler ve kireç önleyici maddeler) gibi çok sayıda bileşik için yapı taşları olarak kullanılır [67]. CAC ara ürünü cis-akonitat, itakonik asit üretmek için cis-akonitat dehikarboksilaz (CadA) tarafından enzimatik olarak işlenir [68]. Endüstriyel ölçekte, İtakonik asidin fermentatif üretimi için en çok araştırılan organizma Aspergillus terrus'tur. İtaonik asidin biyosentetik yolu, sitrat biyosentezine benzer; burada CAC akışı, cis-akonitatın itakonik aside katalitik dönüşümünde kullanılır. Böylece sitrat, oksaloasetat ve asetil CoA'dan sentezlenirken, oksaloasetat, glikolizin son ürünü olan piruvattan başlayan anapleroz ile piruvattan sentezlenir (Şekil 13.17).

İtakonik asit (metilen süksinik asit, C5H6O4) (Şekil 17), su, etanol ve aseton içinde çözünebilen beyaz renksiz kristalli, higroskopik bir tozdur. Eşsiz kimyasal özelliklerini, iki karboksilik asit grubundan birinin metilen grubu ile konjugasyonundan alan doymamış diprotik bir asittir.
İtakonik asit, Baup tarafından 1837'de sitrik asidin pirolitik damıtılmasının bir ürünü olarak keşfedildi. İtaconic adı, akonitik bir anagram olarak tasarlandı.

Bazı şekerlerin fermentasyonunda itakonik asit oluşur. 1929'da Kinoshita, asidin Aspergillus İtakonikus'un metabolik bir ürünü olduğunu ilk kez gösterdi. Bir itakonik asit türevi (trans-fenilakonik asit), başka bir doğal kaynaktan (Artemisia argyi) izole edildi.
Glikozdan itakonik asidin biyosentetik yolu, CO2 fiksasyonu ve TCA döngüsü yoluyla glikolitik yol ve oksaloasetatın anaplerotik oluşumu yoluyla meydana gelen sitrik aside benzerdir (Şekil 2). İtakonik asit, cis-akonitik asitten sitozolik enzim akonitat dekarboksilaz tarafından oluşturulur. Piruvattan sitramalik asit, sitrakonik asit ve itartarik asit yoluyla başka bir biyosentetik yol da itakonik asitle sonuçlanır (Şekil 18).
Diğer bazı organik asitlerin (örneğin sitrik, izositrik, laktik, fumarik ve l-malik asit) aksine itakonik asit, özellikle gıda dışı uygulamalarda, özellikle de polimer endüstrisinde kullanılır. İtakonik asit türevleri tıpta, kozmetikte, yağlayıcılarda, koyulaştırıcılarda ve herbisitlerde (örneğin ikame edilmiş itakonik asit anilidler) kullanılır.

İtakonik asit, yalnızca yığın halinde daldırılmış mantar fermantasyonu ile üretilir. Aspergillus terreus, sitrik asitinkine benzer şekilde (bkz. 'Sitrik asit') fermantasyon işleminde 1940'lardan beri kullanılmıştır, yani, fazla miktarda kolayca metabolize edilebilir şeker (glikoz şurubu, ham nişasta hidrolizatları ve dekasyonize edilmiş) melas - 200 gl − 1 şekere kadar), sürekli havalandırma, düşük bir başlangıç pH'ı (3 ile 5 arasında), yeterli nitrojen, yüksek magnezyum sülfat konsantrasyonu (% 0.5), biyokütle üretimini sınırlamak için düşük fosfat ve metal iyonlarında bir sınırlama (çinko, bakır ve demir). Bununla birlikte, bu mantarın oluşan aside duyarlılığının, A. niger'in aksine, yüksek miktarda asit elde etmek için fermantasyon boyunca pH'ın 2.8-3.1'de tutulmasını gerektirmesi bakımından önemli bir fark vardır. Şu anda, itakonik asidin yayınlanmış üretim verimi teorik olarak yaklaşık% 85'tir ve buna 8–10 gün boyunca 39–42 ° C'de kültivasyon sırasında yaklaşık 80 g l-1 ürün konsantrasyonları eşlik etmektedir. İtakonik asidin geri kazanımı, ilk önce fungal biyokütlenin süzülerek ayrılması, ardından buharlaştırma, aktif karbon ile işleme ve kristalleştirme ve yeniden kristalleştirme ile gerçekleştirilir. İtakonik asit için fiili pazarlar şu anda sınırlıdır çünkü fungal fermentasyon nispeten yüksek bir maliyetle gerçekleştirilmektedir. Yayınlanmış immobilizasyon teknikleri, diğer üreten organizmalar için tarama programları (maya gibi) ve A. terreus'un genetik mühendisliği (A terreus suşu NIH 2624'ün açıklamalı genom dizisi halka açıklanmıştır) veya A. Nijer, daha yüksek itakonik asit üretimine yol açabilir. Ayrıca, alternatif substratların kullanılması maliyetleri düşürebilir ve dolayısıyla bu asidin yeni ve genişletilmiş uygulamaları için pazarı açabilir.

İtakonik asit (veya metilen süksinik asit, CAS 97-65-4) doymamış bir organik diasittir. Bu doymamışlık, itakonik asidi bir platform kimyasalı olarak akrilik asidin olası bir ikamesi haline getirir, çünkü benzer bir şekilde - ilave edilerek polimerize edilebilir. İtakonik asit pazarı, 2011 yılında 74 milyon ABD doları olarak tahmin edilmiştir ve 2020 yılına kadar 216 milyon ABD dolarına ulaşabilir.

Bu değerli asit, Candida sp., Pseudozyma antarctica ve Aspergillus'un çeşitli türleri [49] gibi çeşitli organizmalar tarafından üretilebilir, ancak kullanılan en yaygın iki mikroorganizma, endüstriyel işlemlerde kullanılan Aspergillus terreus ve şu anda olası bir endüstriyel ürün olarak aktif olarak araştırılmaktadır. Asit ticari olarak bazı sentetik kauçuklarda (stiren-bütadien ve nitril) bir komonomer olarak ve diğer polimerlerin formülasyonunda bir plastikleştirici olarak kullanılır. Üretimi geleneksel olarak şekerler kullanılarak, 20. yüzyılın ilk yarısında geliştirilen [50], ancak asidin petrokimyasal akrilik asitle düşük rekabet gücü nedeniyle geliştirilemeyen bir teknolojide yapılır. Entegre ve sürdürülebilir süreçlerin geliştirilmesiyle birlikte, itakonik asidin biyo üretimine olan ilgi yenilenmiştir.

Polimer üretimindeki potansiyelinin yanı sıra itakonik asit, biyolojik üretim yolu, diğer ürünlerdeki dönüşüm olanakları ve verimlilik açısından 300'den fazla molekülün değerlendirilmesinden sonra baz kimyasal yapı taşı olarak 12 potansiyel adaydan biri olarak kabul edildi [ 51]. Hidrojenasyon, aminasyon ve siklizasyon yoluyla dönüştürme yolları, fermantasyonda ve aşağı akışta asidin üretkenliğinin düşük tutulabilmesi koşuluyla, polimerlerin ve farmasötik ve kimyasal ürünlerin formülasyonu için yararlı olan birkaç ürün sağlayabilir [52]. Asit, esas olarak, kurulu kapasitenin mevcut talebin üzerinde olduğu Çin'de üretilmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Cargill'inki gibi gelişmiş ülkelerdeki üretim tesisleri kapatıldı veya Çin'e taşındı. Bu, bir uçta pazar büyümesi için bir potansiyel varsa (Çin kurulu kapasitesinin de kanıtlayabileceği gibi), diğer ucunda ürün maliyetinin rekabetçi olduğu süreçler geliştirme ihtiyacının olduğunu gösterir. Çin malı dış ticaret sitelerinde 1500 ABD Doları - 2500 ABD Doları / ton aralığında bulunabilir. ABD Ulusal Yenilenebilir Enerji Laboratuvarı [51] tarafından yapılan tahminler, 2,5 g / Lh lik sıvı fermantasyonunda üretkenlik talebine işaret etmektedir, literatürde tarif edilenden çok daha üstündür, yaklaşık 1 g / L / sa, kalan fermantasyonla ilişkili maliyetler 0,50 kg'ın altında ürün. Üründeki substratın% 60'ının teorik dönüşümü dikkate alındığında [52], substratın maliyeti işlem için enerjik talebi hesaba katmadan 0,80 ABD Doları / kg'ın altında olmalıdır. Bu, yalnızca tarımsal-endüstriyel atıklar gibi düşük maliyetli alt tabakalar kullanılarak elde edilebilir. Sorun şu ki, itakonik asidin SSF'de dönüşümünün yaklaşık% 20 ile sınırlı olmasıdır.

İtakonik asit, A. terreus kullanılarak basit şekerlerden üretilir. Üretim, daldırılmış katı fermantasyon kullanılarak yapılabilir ve tipik substratlar, melas gibi şeker üretiminden türetilir. İtakonik asit üretimi için kabul edilen mekanizma, cis-akonitatın enzimatik olarak katalize edilmiş dekarboksilasyonla itakonata dönüştürülmesinden oluşur [53] (Şekil 18.6).

Cis-aconitate, Krebs döngüsünün bir parçasıdır, bu nedenle süreç aerobiktir - Gyamerah [54] tarafından belirlendiği gibi aslında son derece oksijene bağımlıdır. Bakır [56] kadar kalsiyum ve çinko da önemlidir [55] ve düşük bir fosfat seviyesinin korunması önemlidir [53]. İdeal sıcaklık 40 ° C'dir ve üretime başlamak için pH 2'ye düşürülmelidir. Prosesin ilk 72 saati son derece aerobiktir ve yaklaşık% 60 w / w verim verir (ürün / substrat) [55]. Nihai konsantrasyon, substrata bağlı olarak 30 ile 60 g / L arasında değişir [56-58]. Fermantasyondan sonra, et suyu berraklaştırılır ve serbest asit konsantre edilebilir ve kristalleştirilebilir, ancak işlem sırasında kısmi nötrleştirme için bir baz kullanılırsa (bu, verimi artırabilir), kristalizasyonda kullanılan katyonların çıkarılması gerekir.

SSF'de itakonik asit üretimi hala zordur: raporlar, üretimi 5–40 g / kg kuru substrat sırasına göre açıklamaktadır [59]. % 60 civarında daha yüksek verimi açıklayan raporlardan bazıları, aslında besleyici bir çözelti ile ıslatılmış bir destek kullanıyor [60,61]. Sentetik sıvı ve katı ortam arasındaki bir karşılaştırma, SSF'deki işlemin daldırılmış işleminkinden (yaklaşık% 60) daha düşük bir dönüşüme (% 16–% 23) sahip olduğunu göstermiştir. Katı haldeki düşük üretim için henüz kesin bir açıklama yoktur, ancak İtakonik asit indirgemesi için test edilen çoğu katı substratta fazla fosfat veya temel besinlerin eksikliği olduğu görülmektedir.

İlk olarak sitrik asidin damıtılmasından elde edilen İtakonik asit, 1960 yılından beri A. terreus tarafından karbonhidratların fermantasyonu ile üretilmektedir (Mitsuyasu ve diğerleri, 2009; Hajian ve Yusoff, 2015). İtakonik asit, ABD, Japonya, Rusya ve Çin olmak üzere dünyadaki daha büyük üreticilerle çok sayıda endüstride uygulanmıştır (Global Industry Analysts Inc., 2011).

1950'lerde itakonik asit endüstriyel yapıştırıcılarda kullanıldı. O dönemde itakonik asit endüstriyel ölçekte kullanılmış ve büyük miktarlarda ihtiyaç duyulmuştur. Deterjan olarak ve şampuanlarda, plastiklerde, elastomerlerde, cam elyafında ve halı ve kitap kapaklarının kaplama işlemlerinde kullanılmıştır (Mitsuyasu ve diğerleri, 2009; Jin ve diğerleri, 2010). Bunun yanı sıra itakonik asit, yapay taşlar ve sentetik camlar olarak da kullanılabilir (Kin ve diğerleri, 1998). Son zamanlarda bileşiğin uygulamaları oftalmik, diş ve ilaç uygulama alanları gibi biyomedikal alanlara ulaşmıştır (Hajian ve Yusoff, 2015).

Son yıllarda A. terreus'tan itakonik asit üretimini iyileştirmeye ve optimize etmeye odaklanan birkaç çalışma var. İtaconic asidin metabolik yolaklarında yer alan biyoteknolojik yönler ve üretim süreci parametreleri Klement ve Büchs (2013) tarafından gözden geçirilmiştir. Üretimle ilgili olarak, Amina ve ark. (2013), yağ yan ürünü jatropha curcas tohum keki kullanarak itakonik asit elde ederken, Li ve ark. (2011), Huang ve ark. (2014) ve van der Straat ve ark. (2014), genetik mühendislik tekniklerini kullanarak itakonik asit üretimini inceledi. Bu süreçte, ilgili yollar ortaya çıkarıldı ve yeni mikrobiyal üretim platformları tasarlandı, böylece İtakonik asit üretiminin artmasına katkıda bulundu. Dahası, üretim maliyetlerinin azaltılması, ya süreçleri optimize ederek ya da uygun maliyetli hammaddeler kullanarak, itakonik asit üreticileri için önemli bir husustur.

İtakonik asit veya metilen süksinik asit, polimer endüstrisinde, atık su arıtımında ve iyon değişim kromatografisi sektöründe uygulama bulan yüksek değerli bir platform kimyasaldır (Willke ve Vorlop, 2001). Benzine göre üstün emisyon ve yanma özelliklerine sahip 3-metiltetrahidrofurana dönüştürülebilir. İtaconic asidin endüstriyel üretimi, tek karbon kaynağı olarak glikoz kullanılarak A. terreus ile gerçekleştirilir. Metabolik olarak tasarlanmış Neurospora crassa tarafından lignoselülozik biyokütle kullanılarak itakonik asit üretimi, Zhao ve ark. (2018). Cis-akonitik asit dekarboksilaz geni, itakonik asidi sentezlemek için N. crassa'da heterolog olarak eksprese edildi. Tasarlanmış suş, doğrudan lignoselülozik biyokütleden itakonik asit (20.41 mg / L) üretebildi.

Aspergillus suşları kullanılarak biyokütle hidrolizatından itakonik asit üretimi Jiménez-Quero ve ark. (2016). Asit ve enzimatik hidrolizatlar itakonik asit üretimi için değerlendirildi. A. oryzae tarafından mısır koçanı hidrolizatı ile daldırılmış fermantasyon yapıldığında maksimum itakonik asit üretimi (% 0,14) gözlenmiştir. Çalışma, itakonik asit üretimi için SSF biyokütle olasılığını ortaya koymaktadır.

Klement vd. (2012) Ustilago maydis tarafından ön işlem görmüş kayın ağacının hemiselülozik fraksiyonundan itakonik asit üretimini değerlendirdi. U. maydis'in avantajlarından biri, suşun maya benzeri tek hücreler olarak büyümesi ve yüksek ozmotik stres altında hayatta kalabilmesidir. Çalışma, hafif ön işlem koşullarında U. maydis'in itakonik asit üretimi için umut verici bir aday olacağını ortaya koydu. Gelişmiş itakonik asit üretimi için ön işlem koşullarının ince ayarının yapılması gerekir.

İtakonik asit (IA) kullanılabilir:
• Polimerin termo-oksidatif stabilizasyonunu desteklemek için poliakrilonitrilin (PAN) polimerizasyonunda bir komonomer olarak. [1]
• Biyolojik olarak parçalanabilen süper emici polimerleri sentezlemek için (poli [akrilamid-ko- (itakonik asit)]) oluşturmak için akrilamid ile kombinasyon halinde. [2]
• Kumaş endüstrisinde biyobazlı polyester kompozit sentezlemek.

İtakonik asit, reçineler, plastikler, boyalar ve sentetik lifler dahil olmak üzere çok sayıda ürünün üretimi için bir monomer olarak kullanılabildiğinden biyokimyasal bir yapı bloğu olarak yüksek potansiyele sahip doymamış bir dikarbonik asittir. A. İtakonikus ve A. terreus gibi bazı Aspergillus türleri, bu organik asidi sentezleme kabiliyetine sahiptir ve A. terreus ortama önemli miktarlarda (> 80 g / L) salgılayabilir. Bununla birlikte, sitrik asit üretim süreci (titreler> 200 g / L) ile karşılaştırıldığında, elde edilen titreler hala düşüktür ve toplam işlem pahalıdır, çünkü optimum verimlilik için saflaştırılmış substratlar gereklidir. İtaconate, A. terreus'ta cadA geni tarafından kodlanan bir cis-akonitat dekarboksilazın (CadA) enzimatik aktivitesiyle oluşturulur. CadA geninin sitrik asit üreten mantar A. niger içine klonlanması, farklı bir konakçı organizmada da itakonik asit üretmenin mümkün olduğunu gösterdi. Bu inceleme, itakonik asidin biyoteknolojik üretimine yol açan moleküler süreçlerin anlaşılmasındaki mevcut durumu ve son gelişmeleri açıklayacaktır.

İtakonik asit (2-metilidenebutandioik asit) doymamış bir di-karbonik asittir. Endüstriyel reçine üretiminde geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir ve akrilik plastikler, akrilat lateksler, süper emiciler ve kireç önleyici maddeler için yapı taşı olarak kullanılır (Willke ve Vorlop, 2001; Okabe ve diğerleri, 2009). 1960'lardan beri itakonik asit üretimi, şeker içeren ortamda Aspergillus terreus ile fermantasyon yoluyla elde edilir (Willke ve Vorlop, 2001). Ustilago zeae (Haskins ve diğerleri, 1955), U. maydis, Candida sp. (Tabuchi ve diğerleri, 1981) ve Rhodotorula sp. (Kawamura ve diğerleri, 1981) itakonik asit, A ürettiği bulunmuştur. terreus hala baskın üretim konağıdır, çünkü şimdiye kadar bu türün sadece yetiştirilmiş türleri 80-86 g / L'ye kadar seviyelere ulaşabilir (Okabe ve diğerleri, 2009; Kuenz ve diğerleri, 2012). 1990'lardan bu yana, yenilenebilir bir malzeme olarak itakonik asit büyük ilgi görüyor. Şu anda, dünya çapında İtakonik asit üretim kapasitesinin yılda yaklaşık 50 kt olması ve yaklaşık 30 kt'lik bir taleple karşı karşıya olması beklenmektedir (Shaw, 2013, Itaconix Corporation, kişisel iletişim). Özellikle polimer üretimi için ilgi çekicidir, çünkü gelecekte plastik üretiminde kullanılan akrilik ve metakrilik asidin ikamesi olarak işlev görebilir (Okabe ve diğerleri, 2009). Bununla birlikte, bu uygulamalar, başlangıç malzemesinin daha da düşük bir fiyatını gerektirir. İtakonik asidin biyoteknolojik üretimi hakkındaki mevcut bilgiler yakın zamanda gözden geçirilmiştir (Willke ve Vorlop, 2001; Okabe ve diğerleri, 2009). İkinci inceleme, itakonik asidin endüstriyel üretimini ve bu ürünün uygulamalarını kapsamaktadır. Bu nedenle, bu raporda, sürecin biyokimyasına ve yeni genetik mühendisliği hedeflerine vurgu yaparak son gelişmeler üzerine odaklanıyoruz. Akılcı suş iyileştirmesi için, mikroorganizmalarda bu önemli organik asidin üretimine yol açan temel biyolojik kavramları ve biyokimyasal yolları anlamak önemlidir.

Biyosentez Yolu
Kinoshita (1932), ipliksi bir mantarın itakonik asit üretebildiğini fark etti ve sonuç olarak bu türü A. İtakonikus olarak tanımladı. İtaonik asidin biyosentezi uzun zamandır hararetli bir şekilde tartışıldı, çünkü itakonik asidin trikarboksilik asit (TCA) döngüsünün parçalarını içeren bir yoldan mı yoksa sitramalat yoluyla alternatif bir yoldan mı yoksa asetil-CoA'nın yoğunlaşmasından mı kaynaklandığı açık değildi.

Bentley ve Thiessen (1957a), Şekil 1'de gösterilen itakonik asidin biyosentezi için bir yol önerdi. Glikoz gibi bir şeker substratından başlayarak karbon molekülleri glikoliz yoluyla piruvata işlenir. Daha sonra yol bölünür ve karbonun bir kısmı Asetil-CoA'ya metabolize edilerek bir karbon dioksit molekülü salınır. Diğer kısım oksaloasetata dönüştürülür, böylece daha önce salınan karbon dioksit molekülü tekrar dahil edilir. Sitrik asit döngüsünün ilk adımlarında sitrat ve cis-akonitat oluşur. Son adımda, tek itakonik asit yolu adanmış adım olan cis-akonitat dekarboksilaz (CadA), karbondioksit salan itakonik asit oluşturur. Bu yol, 14C ve 13C etiketli substratlar (Bentley ve Thiessen, 1957a; Winskill, 1983; Bonnarme ve diğerleri, 1995) ile izleyici deneyleri ile doğrulanmış ve ayrıca gerekli enzimatik aktivitelerin tümü belirlenmiştir (Jaklitsch ve diğerleri, 1991).

Sitrik ve itakonik asit gibi karboksilik asitlerin oluşumu, ara metabolitlerin farklı hücre içi bölmeler arasında taşınmasını içerir ve ilgili bölmenin farklı enzimatik yeteneklerini kullanır. İtakonik asit durumunda, yolun bölümlere ayrılması, bir mitokondriyalın enzimatik aktivitesini bir sitozolik enzimden ayıran fraksiyonlara ayrılmış hücre özütleriyle analiz edildi. Yolun anahtar enzimi olan CadA'nın mitokondride değil sitozolde bulunduğu (Jaklitsch ve diğerleri, 1991), yolun önündeki enzimlerin, yani sitrat sentaz ve akonitazın, mitokondri. Bununla birlikte, sitozolik fraksiyonda artık bir akonitaz ve sitrat sentaz aktivitesi seviyesi de bulunur. Önerilen mekanizma, cis-akonitatın malat-sitrat antiporter yoluyla sitozole taşınmasıdır (Jaklitsch ve diğerleri, 1991). Ancak, şimdiye kadar cis-akonitatın mitokondriyal malat-sitrat antiportörden yararlanıp yararlanmadığı veya sitozole translokasyon için başka bir mitokondriyal taşıyıcı protein kullanıp kullanmadığı gösterilmedi.

A. terreus'un yanı sıra, itakonik asidin U. zeae (Haskins ve diğerleri, 1955), U. maydis (Haskins ve diğerleri, 1955; Klement ve diğerleri, 2012), Candida sp. Gibi diğer mantarlar tarafından da üretildiği bilinmektedir. . (Tabuchi ve diğerleri, 1981) ve Rhodotorula sp. (Kawamura ve diğerleri, 1981). Bu türlerde itakonik asit oluşumuna yol açan temel reaksiyon prensipleri hakkında daha fazla araştırma yoktur. Bununla birlikte, son kanıtlar (Strelko ve diğerleri, 2011; Voll ve diğerleri, 2012), CadA aktivitesinin doğada itakonik asit oluşumuna doğru genel yolu oluşturduğu yönüne işaret etmektedir. Yakın zamanda itakonik asit, makrofajdan türetilmiş hücrelerde bulunduğu memeli hücrelerinde tespit edildi (Strelko ve diğerleri, 2011). Bu hücreler ayrıca bir CadA aktivitesine sahiptir ve itakonik asit de novo oluşturma kabiliyetine sahiptir. Ancak şimdiye kadar memeli hücrelerinde bu enzimatik aktiviteyi kodlayan spesifik bir gen tanımlanmadı.

Bununla birlikte, itakonik asidin memeli hücrelerindeki fizyolojik rolü hala bilinmemektedir. Strelko vd. (2011) bir enzimatik inhibitör olarak tanımlandığı için itakonik asidin metabolik yolların bir inhibitörü olarak rolü üzerine spekülasyon yapmaktadır. Bir yandan itakonik asidin, glioksilat şantın önemli bir parçası olan izositrat liyazı inhibe ettiği bilinmektedir (Williams ve diğerleri, 1971; McFadden ve Purohit, 1977) ve bu nedenle bir antibakteriyel ajan olarak işlev görebilmektedir. Öte yandan, itakonik asit, fruktoz-6-fosfat 2-kinazı inhibe edebilir (Sakai ve diğerleri, 2004) ve böylece merkezi karbon metabolizması üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olabilir. Sıçanlarda, bir itakonat diyetinin, baskılanmış bir glikolitik akış nedeniyle, iç organlarda yağ birikiminin azalmasına neden olduğu gösterilmiştir (Sakai ve diğerleri, 2004).

İtakonik asit Yoluna Özgü Enzimler ve Genler
Cis-akonitik asit dekarboksilaz tarafından katalize edilen reaksiyon, 1957'de zaten tarif edilmişti (Bentley ve Thiessen, 1957a, b). Daha sonra gerçekleştirilen 13C ve 14C etiketleme deneyleri (Winskill, 1983; Bonnarme ve diğerleri, 1995), Şekil 2'de gösterilen reaksiyon şemasını doğruladı. İtakonik asit, cis-akonitik asitten alilik bir yeniden düzenleme ve dekarboksilasyonla oluşturulur. başlangıç sitrik asit molekülü (molekülün simetrisinden dolayı).

İtaonik Asidin Katabolizasyonu
İtakonik asidin biyosentezi ve altta yatan enzimatik mekanizmalar hakkında çok şey bilinmektedir, ancak belirli bir metabolitin tam bir biyokimyasal resmi için, aynı zamanda bozunması hakkında bilgi de gereklidir. Ne yazık ki, itakonik asidin bozunma yolu ile ilgili bilgiler azdır. Memeli hücrelerinde (kobay ve sıçan karaciğeri), itakonatın itakonil-CoA'ya (Adler ve diğerleri, 1957) dönüştürüldüğü ve sitramalil-CoA (Wang ve diğerleri, 1961) yoluyla piruvat ve asetil- CoA. Bu vesile ile, malonatın inhibe edici bir etkiye sahip olduğu ve bir ilavenin itakonik asidin bozulmasını önlediği bulunmuştur (Adler ve diğerleri, 1957). Bu bozunma yolunun ilk adımı, her yerde bulunan süksinil-CoA sentetaz tarafından katalize edilebilir (Adler ve diğerleri, 1957; Nagai, 1963; Schürmann ve diğerleri, 2011). Yolun üçüncü basamağı, Chloroflexus aurantiacus (Friedmann ve diğerleri, 2007) ve Pseudomonas putida (Jain, 1996) genlerinin klonlandığı bir sitramalil-CoA liyazı tarafından katalize edilir. Bununla birlikte, şimdiye kadar, bir itakonil-CoA hidrataz olan bozunma yolunun ikinci aşamasını katalize edebilen hiçbir protein ve gen dizisi tanımlanmamıştır (Cooper ve Kornberg, 1964).

A. terreus ve A. niger'deki İtakonik asit Yolunun Metabolik Mühendisliği
A. terreus ile ulaşılan itakonik asit seviyeleri şu anda yaklaşık 85 g / L ile sınırlıdır. Bu zaten önemli bir miktar olmasına rağmen, endüstriyel işlemlerde sürekli olarak 200 g / L'nin üzerinde titrelerin elde edildiği sitrik asit üretimi ile karşılaştırılamaz. İtakonik asit üretimine aktarıldığında, yaklaşık 240 g / L'lik bir maksimum teorik titre elde edilebilir olmalıdır (Li ve diğerleri, 2011). Bu hedefe, halihazırda var olan türlerin daha fazla ıslahı veya hedeflenen genetik mühendisliği ile ulaşılabilir.

A. terreus'ta, bir genin, glikolizin temel bir enzimi olan itakonik asit üretiminin performansını etkilediği gösterilmiştir. 6-fosfofrukto-1-kinazın sitrat ve adenozin trifosfat (ATP) tarafından inhibe edildiği bilinmektedir. Bununla birlikte, A. niger pfkA geninin kesilmiş bir versiyonunun, sitrat ve ATP tarafından azaltılmış bir inhibisyona bağlı olarak daha yüksek bir sitrik asit verimi sergilediği gösterilmiştir (Capuder ve diğerleri, 2009). Bu kesilmiş pfkA versiyonu, A. terreus'ta ifade edildiğinde itakonik asit birikimi üzerinde de olumlu bir etkiye sahipti (Tevz ve diğerleri, 2010). Başka bir mühendislik yaklaşımı, hücre içi oksijen tedarikiyle ilgilenir. İtakonik asit üretimi sürekli havalandırma gerektirir ve halihazırda kısa bir oksijen kesintisi itakonik asit verimini azaltır. Oksijene duyarlılığı azaltmak için, Vitreoscilla'dan bir hemoglobin geni A. terreus'ta ifade edildi. Gerçekte, bu genin ifadesi, artan bir itakonik asit üretimine yol açar. Ayrıca, suşlar, havalandırma kesildikten sonra daha iyi bir geri kazanım sergilemiştir (Lin ve diğerleri, 2004).

A. terreus'un genetik yapısının daha yüksek organik asit titrelerinin üretimini destekleyecek kadar verimli olmaması ihtimali vardır. Bu nedenle, bir strateji, itakonik asit biyosentez yolunu, yüksek titrelerde organik asit üretimini desteklediği bilinen başka bir konakçı organizmaya genetik olarak yapılandırmaktır. Daha önce de belirtildiği gibi, A. niger böyle bir aday. Biyosentez yolundaki benzersiz ve önemli adım, cis-akonitik asidin itakonik aside dekarboksilasyonudur. A. terreus'ta cadA geni (Kanamasa ve diğerleri, 2008) karakterize edildiğinde, başka bir organizmaya giden yolun genetik mühendisliği mümkün hale geldi. Li vd. (2011) A. terreus cadA genini A. niger suşu AB 1.13'te ifade etmişlerdir. Bu amaçla, cadA geni, güçlü ve kurucu bir ifade sağlayan A. niger gpdA promoterinin kontrolü altına yerleştirildi. Tek başına cadA genini ifade eden bir A. niger suşu, yaklaşık 0.7 g / L itakonik asit üretme kabiliyetine sahiptir. Bu seviye, A. terreus'un mevcut üretim türleri ile karşılaştırılamaz, ancak daha ileri mühendislik adımları için umut verici bir başlangıç noktasıdır. Verimi artırmaya yönelik diğer girişimler, cadA geni ile birlikte yukarıda bahsedilen mitokondriyal taşıyıcı protein gibi genleri ifade etmektir (Jore ve diğerleri, 2011; van der Straat ve diğerleri, 2012).

Görünüm
Yenilenebilir bir organik asit olarak itakonik asit, akrilik asit gibi ham petrol bazlı ürünleri değiştirme potansiyeli nedeniyle kimya endüstrisi için artan bir ilgi görmektedir. Şimdiye kadar, mikroorganizma temelli işlemler, klasik tür ıslahı ve fermantasyon stratejileri ve koşullarının optimizasyonları ile geliştirildi. Özellikle oksijen beslemesi, ortam bileşimleri ve farklı biyoreaktör sistemleri dahil olmak üzere biyoteknolojik süreç hakkındaki bilgiler önemli ölçüde genişletildi (Kuenz ve diğerleri, 2012). Ortam bileşimi ile ilgili olarak, bakır iyonlarının, genetik olarak tasarlanmış bir A. niger suşunda itakonik asit üretimini olumlu etkilediği bulunmuştur (Li ve diğerleri, 2012). Ancak, böyle bir etkinin hangi biyokimyasal reaksiyonlardan sorumlu olduğu veya rol oynadığı anlaşılmamıştır. Yukarıda belirtildiği gibi, itakonik asidin üretim konakçılarındaki biyokimyasal reaksiyonları ve etkileri tam olarak açıklanmamıştır. İtaconik asidin katabolizasyon yolu, engelli bir bozunma yoluna sahip bir üretim konağı tasarlamak için daha fazla araştırma gerektirir. İtaconic asidin diğer metabolik yolaklar üzerindeki etkisi de ilgi çekicidir çünkü fizyolojik rolünün anlaşılması istenmeyen yan etkileri (toksisite, sağlık riski, yol inhibisyonu) önleyebilir ve kullanım güvenliğini artırabilir. Dahası, memeli hücrelerinde bir metastatik tümör hücre hattında tespit edildiği için tıbbi araştırmalar için ilginç bir hedef olabilir (Strelko ve diğerleri, 2011). Bir enzim inhibitörü olarak rolü hakkında daha fazla bilgi, fosfofruktokinaz 2 durumunda olduğu gibi daha az dirençli enzim çeşitlerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. İleri mühendislik için başka bir hedef, kararsız bir protein olarak tanımlanan CadA enzimidir. İn vivo stabilitesini uzatmak, mevcut üretim konakçılarının verimliliğini artırmaya yardımcı olabilir. Ayrıca, A. terreus'taki itakonik asit yolağının genetik düzenlemesi derin bir analiz gerektirir. Li vd. (2011), biyosentez yolağında (cadA) yer alan genlerin transkriptomik yaklaşımlarla tanımlanabileceğini göstermiştir. Bununla birlikte, şu ana kadar bu genlerin ekspresyonuna yol açan düzenleyici mekanizmalar hakkında hiçbir şey bilinmemektedir.
İtakonik asit sentezinin moleküler prensipleri üzerine yapılan araştırmalar, cis-akonitik asit dekarboksilazın A. terreus'taki biyosentezinde özel adım olduğunu ortaya koydu. Bu enzimatik adımın genetik mühendisliği, A. niger gibi diğer mikrobiyal konakçıları da itakonik asit üreticilerine dönüştürür.

İtakonik asit, reçineler, plastikler, boyalar ve sentetik lifler dahil olmak üzere çok sayıda ürünün üretiminde bir monomer olarak kullanılabildiğinden biyokimyasal bir yapı taşı olarak yüksek potansiyele sahip doymamış bir dikarbonik asittir. A. İtakonikus ve A. terreus gibi bazı Aspergillus türleri, bu organik asidi sentezleme kabiliyetine sahiptir ve A. terreus ortama önemli miktarlarda (> 80 g / L) salgılayabilir. Bununla birlikte, sitrik asit üretim süreci (titreler> 200 g / L) ile karşılaştırıldığında, elde edilen titreler hala düşüktür ve toplam işlem pahalıdır, çünkü optimum verimlilik için saflaştırılmış substratlar gereklidir. İtaconate, A. terreus'ta cadA geni tarafından kodlanan cis-akonitat dekarboksilazın (CadA) enzimatik aktivitesiyle oluşturulur. CadA geninin sitrik asit üreten mantar A. niger içine klonlanması, farklı bir konakçı organizmada da itakonik asit üretmenin mümkün olduğunu gösterdi. Bu inceleme, itakonik asidin biyoteknolojik üretimine yol açan moleküler süreçlerin anlaşılmasındaki mevcut durumu ve son gelişmeleri açıklayacaktır.

İtakonik asit, polimer sentezinin öncüsü olarak bilinir ve on yıllardır endüstriyel işlemlerde yer almaktadır. Yakın zamanda yapılan şaşırtıcı bir keşifte, itakonik asidin, sitrik asit döngüsü ara cis-akonitik asitten bir antimikrobiyal bileşik olarak sentezlendiği memeli bağışıklık hücrelerinde bir bağışıklık destekleyici metabolit olarak bir rol oynadığı bulunmuştur. Bağışıklığa yanıt veren gen 1 proteini (IRG1), mekanik bir işlev olmaksızın bağışıklık tepkisi ile ilişkilendirilmiş olsa da, bu proteinin enzimatik bir işlevi aracılığıyla itakonik asit üretimiyle kritik bağlantı daha yeni ortaya çıktı. Bu derlemede, itakonik asidin, memeli bağışıklık hücrelerinde biyoteknolojik sentezinden başlayıp antimikrobiyal işlevi ile biten endüstriyel ve antimikrobiyal bir bileşik olarak tarihini vurguluyoruz.

İtakonik asit, absorbanlar, fosfatsız deterjanlar, temizleyiciler ve biyoaktif bileşiklerin üretiminde geniş uygulamalara sahiptir. İtakonik asit, şu anda polimer endüstrisinde kullanılan akrilik asit veya metil akrilik asitler gibi petrol esaslı kimyasalların ikamesi için bir bileşik olarak aranmaktadır. İtakonik asitin (IA) polimerize esterleri, yapıştırıcı ve boya / kaplama endüstrilerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. İtakonik asit ayrıca polimer endüstrisinde kullanılır ve ayrıca 3-metiltetrahidrofuranın sentezinde kullanılır. Itaconix adlı bir şirket, odun biyokütlesinin İtakonik asidi fermente etmek için hammadde olarak kullanılması üzerinde çalışıyor.

İtakonik asit, kimya endüstrisinde önemli bir yapı taşıdır. Beyaz kristal bir tozdur ve toprakta kolayca biyolojik olarak bozunur. Bu nedenle, çeşitli son kullanıcı endüstrilerinde akrilik asit, maleik anhidrit veya aseton siyanohidrin gibi petro türevi kimyasallar için optimum bir ikamedir. İtakonik asit talebi, özellikle çocuk bezlerinde, yetişkinlerde inkontinans ve kadınlara yönelik hijyen ürünlerinde kullanılan süper emici polimerlerin üretiminde yüksektir. İtakonik asit, ilave polimerizasyonda etkin bir şekilde yer alabilmesi nedeniyle çapraz bağlama maddesi olarak kullanılır. Aynı zamanda tohum kaplama, kök daldırma, süs bahçeleri, gıda paketleme ve yapay karda geniş uygulama alanı bulur. Dahası, borularda, yapay taşlarda, elektrik kabinlerinde ve laminasyon reçinelerinde doymamış polyester reçinelere yönelik artan talebin itakonik asit talebini artırması bekleniyor. İtakonik asitin yüksek fiyatı, itakonik asit pazarının büyümesini engelleyen en önemli faktördür. Polikonik asit (bir itakonik asit türevi), deterjanlardaki sodyum tripolifosfatın yerini alma potansiyeline sahiptir. Bununla birlikte, diğer fosfatsız kurucu maddelerin güçlü bir şekilde kurulması, deterjan uygulamalarında itakonik asidin büyümesini engeller. Diğer uygulama bölümleri arasında yağlayıcı yağ, yapıştırıcılar, boyalar ve kaplamalar, farmasötikler, emülgatörler, herbisitler, baskı kimyasalları ve akrilik elyaf bulunur.

İtakonik asit, temel olarak belirli filamentli mantarlar (örn. Ustilago, Helicobasidium ve Aspergillus) kullanılarak fermantasyon yoluyla üretilen biyo-bazlı bir üründür. Bir itakonik asit, sitrakonik asit ve sitrakonik anhidrit karışımı ayrıca süksinik anhidritin alkali veya alkali toprak hidroksitlerin varlığında 200-500 ° C'de formaldehitle reaksiyonu ile elde edilir (en azından kısmen biyobazlı olabilir. süksinik anhidrit üretimi için hammadde). Diğer yöntemler, propargil klorürün metal karbonil katalizörleri ile karbonilasyonunu ve yine biyo-bazlı bir kimyasal olan sitrik asidin termal ayrışmasını içerir. Aspergillus terreus, İtakonik asitin endüstriyel üretimi için yaygın olarak kullanılan suştur. Üretim maliyetlerinin azaltılmasına yönelik önemli miktarda araştırma yapılmıştır: karbon kaynağı olarak kullanılan şekerin selülolitik biyokütle gibi daha ucuz alternatif substratlarla değiştirilmesi; biyoreaktör tipini ve konfigürasyonunu optimize etmek; sürecin daha fazla enerji tasarrufu sağladığı yenilikler türetmek; Genetik ve metabolik mühendislik yoluyla suş iyileştirme, ucuz alternatif substratların etkili kullanımına izin verme, vb. Son patent faaliyeti, özellikle rekombinant DNA tekniklerini kullanarak üretim suşunun iyileştirilmesine odaklanmıştır ve son olarak dünya çapında birkaç patent sunulmuştur. 10 yıl. C5 yapı taşı olan itakonik asitten biyo bazlı ürünlerin geliştirilmesi için önemli bir pazar fırsatı vardır. Başlıca zorluklar öncelikle fermantasyonun toplam maliyetini düşürmekle ilişkilidir.

Bu değerli asit, Candida sp., Pseudozyma antarctica ve Aspergillus'un çeşitli türleri [49] gibi birkaç organizma tarafından üretilebilir, ancak kullanılan en yaygın iki mikroorganizma, endüstriyel işlemlerde kullanılan Aspergillus terreus ve şu anda olası bir endüstriyel ürün olarak aktif olarak araştırılmaktadır. Asit ticari olarak bazı sentetik kauçuklarda (stiren-bütadien ve nitril) bir komonomer olarak ve diğer polimerlerin formülasyonunda bir plastikleştirici olarak kullanılır. Üretimi geleneksel olarak şekerler kullanılarak, 20. yüzyılın ilk yarısında geliştirilen [50], ancak asidin petrokimyasal akrilik asitle düşük rekabet gücü nedeniyle geliştirilemeyen bir teknolojide yapılır. Entegre ve sürdürülebilir süreçlerin geliştirilmesiyle birlikte, itakonik asidin biyo üretimine olan ilgi yenilenmiştir.